JPH08505919A - 潤滑剤ポンプおよびそのポンプ出力を調整する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 潤滑剤ポンプの出力を調整するための方法が開示されている。ポンプの出力はポンプ出口または消費場所の圧力によって調整され、圧力が上昇すると、ポンプ出力が効果的に低下する。調整可能な潤滑剤ポンプ、特にベーンポンプ（１）は、圧力制御される調整装置（２）を備えている。全体として少ないエネルギーを消費する潤滑剤ポンプと潤滑剤ポンプ制御方法を得るために、ポンプの吐出出力が、温度およびまたは回転速度を検出することによって、独立して、付加的に制限される。潤滑剤ポンプ自体は、圧力調整装置のほかに、回転速度センサおよびまたは温度センサと、回転速度または温度に依存して有効ポンプ出力を調整する調整部材（５）を有する調整装置（３）を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 潤滑剤ポンプおよびそのポンプ出力を調整する方法 本発明は、ポンプの出力がポンプ出口または消費場所の圧力によって調整され 、それによって圧力が上昇すると、ポンプ出力が効果的に低下する、潤滑剤ポン プのポンプ出力を調整する方法に関する。本発明は更に、吐出量を制限するため にポンプ出力を効果的に低下させる調整装置を備えた調整可能な潤滑剤ポンプに 関する。この方法およびポンプ、特に圧力調整装置を備えたベーンポンプは、ド イツ連邦共和国特許出願公開第４０１１６７９号明細書によって知られている。 公知の場合、ポンプの出口の圧力が調整ピストンに作用する。この調整ピスト ンは反対側から圧縮ばねによって直接または間接的に付勢される。ピストンはベ ーンポンプのスライドリングに作用し、それによってその偏心量と吐出量を左右 する。その際、ポンプの出口の圧力が上昇すると、ピストンが偏心量を小さくす る方向にスライドリングを摺動させ、吐出量の減少によってポンプの出口の圧力 を制限するよう、ポンプと調整装置が形成されている。適当な背圧ばねの使用と 調整装置の幾何によって、このようなポンプの調整特性を広い範囲で変えること ができる。 しかしながら、本発明の用途はベーンポンプに制限されない。本発明は特に、 調節可能なポンプ、特にいわゆる損失調整装置を備えたこのようなポンプ、すな わち、所定の圧力を超えると、余剰の潤滑剤かバイパスを経て消費場所の傍らを 案内され、潤滑系によって吐出された潤滑剤量（有効吐出量）だけが減少し、ポ ンプ自体によって供給される量は減少しないポンプにも適用可能である。勿論、 このような潤滑系を使用するよりも、有効吐出量だけでなく、ポンプの吐出能力 または吐出量を直接変更することができる調整可能なポンプを使用する方が有利 である。 その際、“有効吐出量”の概念は、消費場所、供給排出管および場合によって その前に接続配置された、例えばオイルフィルターのような機器を通って吐出さ れる単位時間あたりの圧力下の潤滑剤の量であると理解される。この場合、例え ばバイパス管を経てポンプサンプからあるいはポンプサンプまで案内されるオイ ルは、有効吐出量の一部と見なされない。バイパス管を経てオイルを排出すると 、更に、ポンプの出口と潤滑系全体の圧力が制限される。それによって勿論、エ ネルギーの節約は達成されない。調整可能なベーンポンプまたは間接調整装置を 備えた多段式定量ポンプの場合のように、ポンプによって吐出される量が最初か ら必要量に適合するときにのみ、エネルギーの大幅な減少が達成される。 このような潤滑剤ポンプは特に、自動車用内燃機関の潤滑個所への潤滑剤供給 のために使用される。 しかしながら、内燃機関の必要な潤滑剤または最低必要量は、一連のいろいろ なファクターに依存する。その際、重要なファクターは特に、エンジンおよびま たは当該の潤滑個所および潤滑剤の運転温度である。低温状態では、一般的に潤 滑剤として使用されるオイルは高い粘性を有し、潤滑個所の狭い中間空間を通過 する抵抗が大きい。更に、内燃機関の低温状態では、必要な潤滑剤の量は多くは ない。なぜなら、相対的に動く部品は低温状態では一般的に相互の遊びが小さく 、オイルの粘性が高く、従って少量のオイルを通過させればよいからである。 この見地から、従来は、ポンプの出口で所定の最高圧力を超えないように、潤 滑剤ポンプの有効吐出出力が調節された。理解されるように、エンジンの低温状 態では、この温度範囲ではオイルの粘性が高いので、エンジンひいてはそれに直 接連結された潤滑剤ポンプを始動する際に、潤滑剤ポンプの出口の圧力が先ず最 初に比較的に急に上昇する。というのは、潤滑個所を通過するオイルの流動抵抗 が比較的に大きいからである。その際、例えばオイルフィルターのような潤滑系 の個々の要素が高すぎる圧力によって付勢されるため損傷または破壊される危険 がある。この理由から一般的に、圧力の制限が行われる。この圧力の制限は、供 給された多すぎる潤滑剤がバイパスを経て排出されるかあるいはポンプの吐出量 が直接的に制限され、所定の限界圧力のときに、吐出される潤滑剤が潤滑系を通 って供給され得る。しかしながら、温度が上昇するにつれて、潤滑系内の流動抵 抗が低下するので、圧力は限界圧力よりも幾分低下し、それによって有効吐出量 またはポンプ出力が増大する。その際、調整可能な公知のポンプの調整特性は一 般的に、出口圧力がほぼ一定で、吐出量だけが潤滑系の流動抵抗に依存して変化 するように調節される。 この場合、従来は、このような調整によって、低温状態および高温状態で内燃 機関の異なる潤滑剤必要量が充分に考慮されると考えられてきた。コスト上の理 由から、内燃機関用潤滑オイルポンプは一般的に、最高運転温度のときおよび最 低許容粘度のオイル（臨界潤滑状態）のときに、しかも任意の回転数で、エンジ ンの必要オイルに或る程度の余裕をもって確実に応じることができるように設計 されている。その際、ポンプ能力の設計点は、アイドリング状態、高温状態およ びオイルの粘性が低いときのエンジンのオイル必要量である。この状態でも、ポ ンプは或る程度の最低吐出量、ひいては或る程度の最低油圧を供給しなければな らない。この場合、既に述べたように、ポンプ軸はエンジンに直接連結されてい る。 他の臨界状態は、エンジンが高温で高い回転数のときである。この場合、回転 数が低いときよりもはるかに高い油圧が必要である。従って、公知の圧力調整は 、安全上の余裕をもってこの運転状態に合わせられている。 技術水準では、この高いレベルに − 温度が高く同時に回転数が低いときに のみ例外的にこのレベルを下回る − 圧力を一定に保持するので、普通の運転 状態の広い範囲にわたって、非常に多いオイル量が潤滑系を通って吐出され、実 際に必要な最低油オイル量または最低油圧よりもはるかに高い油圧が保たれる。 圧力を一定に保持すると、いろいろな温度で、図１に略示するような、回転数に 依存する内燃機関のいわゆるオイル消費が生じる。 一般的に、オイルポンプの容積効率は温度が低下するにつれて上昇し、しかも 小さな漏れ損失によって生じる。同時に、エンジンの潤滑必要量は温度が低下す るにつれて減少する。その結果、最高運転温度よりも低い温度の場合には、いか なる運転状態でも、すなわち任意のエンジン回転数のときにも、エンジンが必要 とする量よりも多いオイルが供給される。図１のエンジン流量は、所定の回転数 および温度のときに最低潤滑剤量としてエンジンがどれくらいのオイル量を必要 とするかを示しておらず、一定の圧力および所定の温度と回転数のときに潤滑剤 をどれくらい必要とするかを示している。この量を必要としない圧力下の潤滑剤 の吐出は勿論エネルギーを必要とする。 これに対して、本発明の課題は、全体として必要なエネルギーが少なくて済む 潤滑剤ポンプを制御する方法および潤滑剤ポンプを提供することである。 冒頭に述べた方法の観点から、この課題は、温度およびまたは回転数検出によ って、場合によって実施可能な圧力に依存する調整に依存しないで、有効吐出量 の付加的な調整または制限が行われることによって解決される。 本発明による方法の場合には更に、温度調整によって許容される吐出量が温度 の上昇につれて増大する。 冒頭に述べた種類の、特に調整可能な潤滑ポンプの観点から、本発明の根底を なす課題は、温度センサおよびまたは回転数センサとアクチュータを備えた調整 装置が設けられ、場合によって実施可能な圧力調整に依存しないで、温度および または回転数に依存して有効吐出量を減少する。 この表現“場合によって実施可能な圧力調整に依存しないで”は、本発明では 、温度調整または回転数調整が、圧力調整に全く影響を与えないことあるいは場 合によって実施可能な圧力調整によっていかなる運転状態でも影響を受けないこ とを意味するのではなく、温度およびまたは回転数が、オイル吐出量およびそれ から生じるオイル圧力を調節するために、独立した付加的なパラメータとして使 用されることを意味する。 それによって、消費場所または前後に接続配置された機器において、所定の最 高圧力を上回らないように、吐出量が調節されるだけでなく、温度およびまたは 回転数に依存して吐出量の他の制限が付加的に調整される。従って、ポンプの出 口またはポンプ調整のための圧力測定個所での圧力は、設定可能な最高圧力を大 幅に下回るように行われ、例えば適当な個所で測定された温度のときあるいは低 い回転数範囲のときに潤滑系が相応して少ない必要潤滑量を有するので、特別な 臨界状態で必要とされる潤滑剤の高い圧力または相応して少ない量を準備する必 要がない（図２参照）。 本発明の有利な実施形では、本発明による潤滑剤ポンプは調整可能なベーンポ ンプである。調整可能なベーンポンプは、そのスライドリングを機械的に調節す ることによって比較的に簡単に吐出量を調節することができるという利点がある 。これは、ポンプ軸をエンジンに直接連結することができ、それにもかかわらず エ ンジンとは無関係に吐出量を調整することができるという利点がある。勿論、他 の調整装置も考えられる。例えば、圧力およびまたは温度に関連して作動するア クチュエータを介して、潤滑剤ポンプを駆動する回転数を調整することができる 。これは勿論、ポンプのために独立した駆動装置を必要とする。 本発明の他の有利な実施形では、アクチュエータとして、例えはバイメタル帯 片のようなサーモスタットを備えたくさびが設けられている。このくさびの一方 のくさび側面がスライドリングに作用するので、くさびの摺動時にスライドリン グが調節される。 アクチュエータの一部としてまたはアクチュエータ自体として、例えはバイメ タル帯片を設けることができる。このバイメタル帯片は、所望される場合には、 スライドリングに直接作用し、バイメタル帯片の温度に応じてスライドリングを 調節するように、付加的に形成および配置可能である。 他の測定センサおよび制御方法は専門家によく知られている。測定と制御は例 えば電気的な要素を介して行うことができる。この電気的な要素は例えば温度に 依存する電気部品、特に抵抗である。この抵抗が電気的な調整回路で測定され、 出力量として電気的な信号を発生し、この電気的な信号はそれに相応するアクチ ュエータの調節を生じる。 このような装置の特別なケースは例えば段付ピストンである。この段付ピスト ンの一つの部分面は圧力調整のために、ポンプの出口圧力または消費場所の圧力 によって付勢される。段付ピストンの他の部分面は選択的に圧力付勢され、しか も回転数または温度に依存して、温度または回転数制御される弁を介して付勢さ れる。温度または回転数が低いときに、例えば弁が開放するので、段付ピストン の第２の部分面は圧力で付勢される。それによって、段付ピストンが強く調整さ れるので、少ない吐出量ひいては比較的に低い運転圧力が生じるように、スライ ドリングが調節される。温度または回転数が高いときには、弁が温度制御装置ま たは回転数制御装置を介して閉鎖されるので、ピストンの小さな部分面だけが圧 力によって付勢され、それによってポンプは高い出口圧力および高い吐出出力に 調節される。 調整要素および制御要素は、ポンプ全体が複雑にならないようにするために、 できるだけ簡単に形成すべきである。これは特に、標準状態でのポンプの使用、 例えば内燃機関に当てはまる。しかしながら、エンジンの場合または非常に変化 する運転状態にさらされる潤滑剤必要量を有する一般的な装置の場合には、潤滑 剤量の高価な温度制御装置を取りつけることができ、この付加的なコストが、吐 出潤滑剤量の減少による大きなエネルギー節約によって相殺されるときには、こ の高価な温度制御装置な取りつけは意味がある。 本発明の他の効果、特徴および用途は、図に基づく、好ましい実施の形態の次 の説明から明らかである。 図１はいろいろな温度のときの、エンジンの回転数に対するエンジンの流量を 示すグラフ、 図２は回転数に対するエンジンオイルの必要な最低圧力を示すグラフ、 図３は図２による最低圧力曲線に関連するエンジン流量を示すグラフ、 図４はくさびによるベーンポンプのスライドリングの、温度に依存する制御を 示す原理図、 図５はバイメタル要素を介してのスライドリングの、温度に依存する制御を示 す図、 図６は電気的に制御される要素を介してのスライドリング調整装置の、温度に 依存する制御を示す図、そして 図７は圧力と温度の両方に同時に依存する調整要素として作用する段付ピスト ンを備えたベーンポンプを示す図である。 図１には、温度Ｔ１＝２５℃、Ｔ２＝５０℃、Ｔ３＝９０℃およびＴ４＝１３ ０℃のときのエンジンの全部で４つのいわゆるエンジン流量が示してある。エン ジン回転数に対するオイル吐出量またはエンジンに供給される量がリットル／分 で記入されている。個々の曲線の経過から推察されるように、圧力が一定のとき の潤滑剤量は、回転数の上昇につれて増える。この場合勿論、この増大は回転数 に比例しない。 更に、いろいろな温度の異なる曲線経過から、エンジンの所定の回転数のとき に温度が低いと、必要なオイルが高い温度よりも非常に少ないことが判る。 図１に示したエンジン流量の場合には、エンジンに至る供給管内の圧力は常に 同じ値（例えば５バール）である。 この圧力は、臨界状態、例えばオイルの最大必要時、すなわち、最高温度およ び最高回転数のときに、エンジンの必要オイルが、許容される最も低い粘性のオ イルによって保証されるように決められている。 その際、図２から判るように、潤滑装置内の最低圧力は例えば回転数と共に約 ５バールの値まで上昇する。勿論、正確な値および曲線の経過は、エンジンの種 類や大きさおよび潤滑装置の具体的な設計に大きく依存する。従って、挙げた数 字は例示的な値であると理解すべきであり、本発明の対象物を制限するものでは ない。技術水準のポンプは一般的に、温度に依存しないでかつ実質的に回転数に も依存しないで、圧力を常に、当該の潤滑装置にとって臨界的な運転条件下の最 低油圧として予定された値（例えば前記の５バール）に保持した。使用される代 表的なベーンポンプは直ちにはるかに高い吐出圧力を達成する。従って実際には 、圧力を一定保持する圧力制限だけが行われていた。この場合、限界圧力だけが 選定された。この限界圧力は、或る程度の安全上の余裕を有し、臨界運転状態で 最高の最低油圧の上方にあり、比較的に低い回転数で達成される。 特に低い温度の場合、圧力制限によってもたらされる最高圧力にきわめて早く 達し、その際制御されないポンプは特に低い回転数範囲で、エンジンの必要オイ ル量よりもはるかに多いオイルを吐出する。 調整されない従来のポンプは、調節された最高圧力に相当するオイル量と同じ 量のオイルを常に供給する。しかし、この圧力は高い回転数のときにのみ、必要 な最低油圧である。他のすべての運転状態では、圧力と吐出量は小さい。その場 合、特に低い回転数と低い運転温度の場合に、例えば回転数および温度に依存し て制御し、エンジン油圧を従来の潤滑系の限界値よりも充分低い値まで低下する よう制御することにより、かなりの節約ができる。もしそうでない場合、圧力に 敏感な部品を保護するために、調整系が前記限界値に調節される。その際、図３ において破線で示す吐出量またはエンジン流量が生じる。これから、運転温度が 高くて回転数が低い場合にも、かなりの節約ができることが判る。このような運 転状態は例えば、自動車エンジンの場合都市ドライブにおいてしばしば発生する 。この運転状態でエンジンに供給される減少したオイル量 − このオイル量は し かし、潤滑のためには充分である − により、潤滑剤ポンプのエネルギー消費 、ひいてはエンジン全体の必要なエネルギーが減少する。それによって、本発明 の重要な目的の一つが達成される。すなわち、、圧力調整と温度調整を組み合わ せると、エンジンの充分なオイル供給の確保のために必要なエネルギーと同じく らいのエネルギーだけを、オイル流れに加えればよい。技術的な実現のための例 が図４〜７に示してある。 図４には、調節可能なスライドリング２を備えたベーンポンプ１が示してある 。同様に、ポンプ軸６に対するスライドリング２の偏心量のための温度調整装置 が略示してある。この温度調整装置３は温度センサまたは温度感知要素４と、く さび５と、ばね７からなっている。これらの部品はスライドリングの近くに直列 に配置されている。温度調整装置３は例えばポンプケーシングの内部に設けられ 、供給されるオイルに直接接触している。このオイルは半径方向の穴を通ってス ライドリング内に侵入し、ポンプケーシングの軸方向の穴を通って再び流出する 。それによって、温度感知要素４はほぼ潤滑剤の温度に保たれている。簡単な場 合、要素４は例えば、当該の温度範囲において熱膨張が比較的に大きい要素であ る（要素４は例えばガスを含んでいてもよい）。温度が上昇すると、要素４が膨 張し、くさび５がばね７の作用に抗して右側へ摺動するので、スライドリング２ は軸８の回りに上方へ揺動する。そのために例えば圧縮ばね９が設けられている 。この圧縮ばねはスライドリング２の調節ピン１０に作用し、このスライドリン グをくさびの側面に向かって上方へ押圧する。ポンプの所望な調節特性を得るた めに、すなわち、温度上昇と共に吐出量を増やすために、スライドリング２はポ ンプ軸６と相対的に次のように配置されている。すなわち、軸６に対するスライ ドリングの偏心量が、スライドリング２を軸８の回りに上方へ揺動させることに よって増大するよう、すなわちくさび５を右側へ移動させるときに増大するよう 、配置されている。これとは逆に、潤滑剤系の温度が低下すると、スライドリン グ２はくさび５の側面によってばね９の作用に抗して下方へ押圧され、くさび５ は右側から左側へ摺動する。くさび５がその調節経路に対して横方向に摺動しな いようにすることは、適当なガイドによって達成される。 図５に示したベーンポンプは、図４のベーンポンプとほぼ同一であるが、調整 装置３が板ばねまたはバイメタル帯片４′によって置き換えられている。このバ イメタル帯片は、温度センサの機能とアクチュエータの機能を同時に発揮する。 温度が上昇すると、互いに固定連結されたバイメタル帯片４′の両金属帯片は異 なるように膨張するので、この両金属帯片の相対的な配置に応じて、板ばね４′ の曲率が増大または減少し、ポンプ軸に対するスライドリング２の偏心量が縮小 または増大する。 図６には、アクチュエータ５として、電気的に制御可能な温度調整装置が示し てある。この場合、温度センサによって感知された温度が測定され、制御信号に 変換される。この制御信号はスライドリングを所望の方向に調節する。すなわち 、スライドイングの偏心量が潤滑剤の温度上昇につれて増大する。ばね９による スライドリング２の予備付勢の詳細と、スライドリング２、支承軸８およびポン プ軸６の相対的な配置は、図４の実施の形態とほぼ同一である。 図７には、ベーンポンプのスライドリングの調節の他の変形が示してある。こ の場合、圧力に依存した調整、温度に依存した調整および場合によっては回転数 に依存した調整が、同一のアクチュエータ５で実現される。このアクチュエータ は段付ピストンである。例えば、段付ピストン５の第１の部分面１１が、ポンプ の吐出圧力Ｐ２によって持続して付勢されるので、これによって最高圧力の制限 が行われる。更に、ピストン５の第２の段が、圧力Ｐ１によって付勢可能な面１ ２を備えている。この圧力Ｐ１は簡単な場合には圧力Ｐ２と同一であり、圧力源 が同じである。面１２を圧力付勢する圧力室に通じる供給管には、制御可能な弁 １３が設けられている。この弁は温度およびまたは回転数に依存して切り換えら れる。低い回転数およびまたは低い温度の場合、例えば弁１３が開放し得るので 、両面１１，１２が圧力で付勢され、それによって面１１だけが圧力付勢される ときよりも大きな全体の力がばね９に抗して作用する。その際、スライドリング とベーンポンプの軸は、図７において下方へのアクチュエータまたは段付ピスト ン５の運動によってスライドリングの偏心量が小さくなるように、配置されてい る。温度およびまたは回転数が上昇すると、弁１３が閉じるので、面１１だけが 圧力で付勢され、スライドリングはばね９の作用を受けて再び大きな偏心量に、 ひいてはベーンポンプの大きな吐出出力に調節される。既に述べたように、弁は 温度 に依存してだけでなく、回転数に依存して切り換え可能である。それによって、 純粋な最高圧力制限と吐出量調整のほかに、温度およびまたはエンジン回転数に 依存して吐出量か付加的に制限される。 付加的に設けられた調整要素によってポンプの構造が幾分複雑になるが、ポン プによって得られる省エネルギーがこの小さな欠点を相殺する。例えば図５の実 施の形態は、本発明による追加調整の非常に簡単な実施の形態を示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィルヘルム・マイク ドイツ連邦共和国、デー‐65468 トレブ ール、ユリウス‐レーバー‐ストラーセ、 20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポンプ出口または消費場所の圧力によって、有効ポンプ出力が低下させられ る、潤滑剤ポンプのポンプ出力を調節するための方法において、温度およびまた は回転数を感知することによって、ポンプ出力の独立した付加的な制限が行われ ることを特徴とする方法。 ２．温度調整によって許容される吐出量が、温度およびまたは回転数の上昇につ れて増大することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ３．圧力制御される調整装置（２）を備えた調整可能な潤滑剤ポンプ、特にベー ンポンプ（１）において、回転数センサおよびまたは温度センサ（４）とアクチ ュエータ（５）を備えた他の調整装置（３）が設けられ、この調整装置が圧力調 整装置のほかに、回転数または温度に依存して有効吐出量を調整することを特徴 とするポンプ。 ４．ポンプが調整可能なベーンポンプであることを特徴とする請求の範囲第３項 記載のポンプ。 ５．アクチュエータが可動のくさびであり、このくさびの側面がベーンポンプの スライドリングに作用していることを特徴とする請求の範囲第４項記載の潤滑剤 ポンプ。 ６．温度センサがバイメタル帯片であり、このバイメタル帯片が特に同時にアク チュエータの機能も発揮することを特徴とする請求の範囲第３〜５項のいずれか 一つに記載の潤滑剤ポンプ。 ７．ポンプの調整要素が電気的に制御可能であることを特徴とする請求の範囲第 ３〜６項のいずれか一つに記載の潤滑剤ポンプ。 ８．アクチュエータが段付ピストンであり、この段付ピストンの少なくとも一部 が、温度およびまたは回転数に依存して制御可能な弁を介して圧力で付勢可能で あることを特徴とする請求の範囲第３〜７項のいずれか一つに記載の潤滑剤ポン プ。